JP2007232172A

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Publication number: JP2007232172A
Application number: JP2006057667A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Yoshii; 哲朗吉井
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microvalve device which blocks and releases the flow of liquid through a fine passage with a simple construction. <P>SOLUTION: A chip 1 for a microchemical system comprises a base material 10 including a liquid passage 2 and a microvalve device 3 formed inside the base material. In the downstream side of the liquid passage 2, a weir 41 reducing the cross-section of the liquid passage 2 is formed. The base material 10 comprises: a channel member 2 having the liquid passage 2; the weir 41; a channel member 12 and a valve passage 31 formed on the surface; and a cover member 11 covering the channel member 12. The microvalve device 3 comprises a valve passage structure consisting of a valve passage 31 intersecting the liquid passage 2 at a confluence portion 32, and a fluid control mechanism 5 supplying a fluid for control through a connection structure 51 and a connection hole 6. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

Translated fromJapanese

本発明は、マイクロバルブ装置に関し、特に、微細な流路を流れる液体の遮断及び開放を行うマイクロバルブ装置に関する。 The present invention relates to a microvalve device, and more particularly, to a microvalve device that blocks and opens a liquid flowing through a fine flow path.

従来から、化学反応の高速化や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から、化学反
応を微小空間で行うための集積化技術が注目されており、そのため研究が精力的に進めら
れている。Conventionally, integration technology for performing chemical reactions in a minute space has attracted attention from the viewpoint of speeding up chemical reactions, reactions in minute amounts, on-site analysis, etc. Yes.

このような集積化技術の１つとして、図２２に示すようにマイクロ化学チップを用いて、液体試料の混合、反応、分離、抽出、検出等を行うマイクロ化学システムがある。このマイクロ化学システムで行われる反応の例としては、ジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応等がある。また、抽出や分離の例としては、溶媒抽出、電気泳動分離、カラム分離等がある。そして、このマイクロ化学システムで反応等を行う際に、流路内の液体を遮断及び開放することができるマイクロバルブ装置が用いられている。 As one of such integration techniques, there is a microchemical system that performs mixing, reaction, separation, extraction, detection, and the like of a liquid sample using a microchemical chip as shown in FIG. Examples of reactions performed in this microchemical system include diazotization reaction, nitration reaction, antigen-antibody reaction and the like. Examples of extraction and separation include solvent extraction, electrophoretic separation, and column separation. And when performing a reaction etc. with this microchemical system, the microvalve apparatus which can interrupt | block and open | release the liquid in a flow path is used.

例えば、溝及び弁構造体に撥水表面処理が施され、アクチュエータが溝に沿って流路を遮断する方向に弁構造体を駆動する構造のマイクロバルブがある（例えば、特許文献１参照）。 For example, there is a microvalve having a structure in which a water repellent surface treatment is applied to a groove and a valve structure, and an actuator drives the valve structure in a direction of blocking a flow path along the groove (see, for example, Patent Document 1).

また、温度操作によるキャビティ内の圧力変化によって、可動部を変形させ、この可動部がゲート部と密着することにより、微小流路が閉じられる構造となっているマイクロバルブがある（例えば、特許文献２参照）。 In addition, there is a microvalve that has a structure in which a micro flow path is closed by deforming a movable part due to a pressure change in the cavity caused by temperature operation, and the movable part is in close contact with the gate part (for example, Patent Documents). 2).

また、光照射のオン・オフのみで微小流体の流れ方向を制御可能な光制御型微小スイッチングバルブがある。このバルブは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を材質とするＴ型のマイクロチャネルを作製し、酸化チタンをコートした石英基板と接合することにより作製される。このＴ型のマイクロチャネルのうち、溶液を通す流路のみ、波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザーを酸化チタン表面へ照射し超親水化することにより、溶液は、その超親水化した流路にのみ流入する。このように光照射を用いてチャネル内壁の濡れ性を制御することにより、スイッチングバルブとして機能する（例えば、非特許文献１参照）。 There is also a light control type micro switching valve that can control the flow direction of micro fluid only by turning on / off light irradiation. This valve is manufactured by manufacturing a T-type microchannel made of polydimethylsiloxane (PDMS) and bonding it to a quartz substrate coated with titanium oxide. Of these T-shaped microchannels, only the flow path through which the solution passes is irradiated with a He—Cd laser having a wavelength of 325 nm onto the titanium oxide surface to make it superhydrophilic, so that the solution flows only into the superhydrophilic flow path. To do. By controlling the wettability of the channel inner wall using light irradiation in this way, it functions as a switching valve (for example, see Non-Patent Document 1).

さらに、多段階のウェットエッチングによりチャネル深さを制御したマイクロチャネルがある。このマイクロチャネルは、チャネル表面部分をオクタデシルシラン（ＯＤＳ）修飾により疎水化することで所定の位置で液体を止めようというものである（例えば、非特許文献２参照）。
特開２０００−８１１５４号公報特開２００４−１００８００号公報永井秀典、他７名、「光制御型微小スイッチングバルブの開発」、第８回化学とマイクロ・ナノシステム研究会講演要旨集、化学とマイクロ・ナノシステム研究会、２００３年１１月１８日、ｐ. ４０、発表番号Ｐ２−０３竹井豪、他５名、「ラプラス圧バルブを利用した流体制御」、シンポジウム「マイクロ化学チップ研究開発の全容」−インテグレーテッド・ケミストリーからマイクロ・ナノ化学システム−＠かながわサイエンスパーク、北森武彦、２００５年８月２３日、ｐ. ３０Furthermore, there is a microchannel in which the channel depth is controlled by multistage wet etching. This microchannel is intended to stop the liquid at a predetermined position by hydrophobizing the channel surface portion by octadecylsilane (ODS) modification (see, for example, Non-Patent Document 2).
JP 2000-81154 A JP 2004-100800 A Hidenaga Nagai and 7 others, “Development of light-controlled micro switching valve”, 8th Chemistry and Micro / Nano System Study Meeting, Chemistry and Micro / Nano System Study Group, November 18, 2003, p 40, announcement number P2-03 Go Takei and 5 others, “Fluid Control Using Laplace Pressure Valve”, Symposium “Overview of R & D of Micro Chemical Chips”-From Integrated Chemistry to Micro / Nano Chemical System — @ Kanagawa Science Park, Takehiko Kitamori, 2005 August 23, p. 30

しかしながら、アクチュエータが弁構造体を駆動する構造の上記特許文献１のマイクロバルブでは、機械的に駆動される弁構造体をチップ内に集積しているため、複雑な微細加工が必要である。また、機械的に駆動される弁構造体の加工精度が悪いと、流路と接触し、接触部分の撥水表面処理層が剥がれて、マイクロバルブの開閉の際における機密性を保つことができず、マイクロバルブとして機能しないという問題がある。 However, in the microvalve described in Patent Document 1 in which the actuator drives the valve structure, the mechanically driven valve structure is integrated in the chip, and thus complicated fine processing is required. In addition, if the mechanically driven valve structure is not processed accurately, it will come into contact with the flow path, and the water-repellent surface treatment layer at the contact portion will be peeled off, so that confidentiality can be maintained when opening and closing the microvalve. Therefore, there is a problem that it does not function as a micro valve.

また、上記特許文献２のマイクロバルブでは、微小流路が形成された基板とキャビティが形成された基板との間に、ダイヤフラムを配置するための複雑な微細加工が必要であり、さらに、可動部とゲート部との密着性が悪いと、マイクロバルブとして機能しないという問題がある。 Further, the microvalve disclosed inPatent Document 2 requires complicated microfabrication for disposing a diaphragm between the substrate on which the micro flow path is formed and the substrate on which the cavity is formed. If the adhesion between the gate and the gate is poor, there is a problem that the microvalve does not function.

また、上記非特許文献１のスイッチングバルブは、２つの流路のうちの一方の流路（超親水化した流路）のみに、溶液を誘導するだけであるため、溶液の流れを遮断及び開放することができないという問題がある。 Further, since the switching valve of Non-Patent Document 1 only guides the solution to one of the two channels (superhydrophilic channel), the flow of the solution is blocked and opened. There is a problem that you can not.

さらに、上記非特許文献２のマイクロチャネルは、チャネル表面部分をオクタデシルシラン（ＯＤＳ）修飾により疎水化する必要があるため、コスト高となってしまうという問題がある。 Furthermore, the microchannel of Non-PatentDocument 2 has a problem that the channel surface portion needs to be hydrophobized by octadecylsilane (ODS) modification, resulting in high cost.

本発明の目的は、簡単な構造で、微細な流路を流れる液体の遮断及び開放を行うことができるマイクロバルブ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a microvalve device having a simple structure and capable of blocking and opening a liquid flowing through a fine channel.

上記目的を達成するために、請求項１記載のマイクロバルブ装置は、制御用流体を供給する流体制御機構と、前記供給された制御用流体が流れるバルブ流路構造とを備え、前記バルブ流路構造を流れる制御用流体を前記バルブ流路構造に接続された液体流路に供給することによって、前記液体流路を流れる液体を遮断及び開放するマイクロバルブ装置であって、前記バルブ流路構造は合流部で前記液体流路と交差するバルブ流路から成り、前記液体流路における前記合流部の上流側及び下流側の少なくとも一方に前記液体流路の断面積を小さくする堰が設置されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the microvalve device according to claim 1 includes a fluid control mechanism for supplying a control fluid, and a valve channel structure through which the supplied control fluid flows. A microvalve device for blocking and opening a liquid flowing through the liquid flow path by supplying a control fluid flowing through the structure to a liquid flow path connected to the valve flow path structure, wherein the valve flow path structure is A dam that reduces the cross-sectional area of the liquid channel is provided on at least one of the upstream side and the downstream side of the merging unit in the liquid channel. It is characterized by.

請求項２記載のマイクロバルブ装置は、請求項１記載のマイクロバルブ装置において、前記液体流路の内壁は、接触角が前記液体流路を流れる液体に対して３０度以下であることを特徴とする。 The microvalve device according toclaim 2 is characterized in that, in the microvalve device according to claim 1, the inner wall of the liquid channel has a contact angle of 30 degrees or less with respect to the liquid flowing through the liquid channel. To do.

請求項３記載のマイクロバルブ装置は、請求項１又は２記載のマイクロバルブ装置において、前記堰と前記バルブ流路との距離が１００μｍ以下であることを特徴とする。 A microvalve device according to a third aspect is the microvalve device according to the first or second aspect, wherein the distance between the weir and the valve flow path is 100 μm or less.

請求項４記載のマイクロバルブ装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置において、前記合流部により規定された液体流路の空隙の高さをＲ１、前記堰により規定された液体流路の空隙の高さをＲ２、前記液体流路の前記液体に対する接触角をθ、前記液体の表面張力をσ、前記液体流路の上流側からの圧力をＰ１、前記液体流路の下流側からの圧力をＰ２、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差Ｐ１−Ｐ２をΔＰとするとき、前記堰により規定された液体流路の空隙の高さＲ２が下記式を満たすことを特徴とする、
Ｒ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）。The microvalve device according to claim 4 is the microvalve device according to any one of claims 1 to 3, wherein the height of the gap of the liquid flow path defined by the merging portion is defined by R1 and the weir. The height of the gap of the liquid channel formed is R2, the contact angle of the liquid channel with respect to the liquid is θ, the surface tension of the liquid is σ, the pressure from the upstream side of the liquid channel is P1, the liquid flow When the pressure from the downstream side of the passage is P2, and the difference P1-P2 between the pressure P1 and the pressure P2 is ΔP, the height R2 of the gap of the liquid flow passage defined by the weir satisfies the following formula: And
R2 <4 · σ · cos θ · R1 / (ΔP · R1 + 4 · σ · cos θ).

請求項５記載のマイクロ化学チップは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置を備えたことを特徴とする。 A microchemical chip according to a fifth aspect includes the microvalve device according to any one of the first to fourth aspects.

請求項６記載のマイクロ化学システムは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置を備えたことを特徴とする。 A microchemical system according to a sixth aspect includes the microvalve device according to any one of the first to fourth aspects.

請求項１記載のマイクロバルブ装置によれば、液体流路における合流部の上流側及び下流側の少なくとも一方に液体流路の断面積を小さくする堰が設置されたので、簡単な構造で、微細な流路を流れる液体の遮断及び開放を行うことができる。 According to the microvalve device of the first aspect, since the weir for reducing the cross-sectional area of the liquid flow path is installed on at least one of the upstream side and the downstream side of the confluence portion in the liquid flow path, It is possible to shut off and open the liquid flowing through a simple flow path.

請求項２記載のマイクロバルブ装置によれば、液体流路の内壁は、接触角が液体流路を流れる液体に対して３０度以下であるので、液体流路２の内壁表面の液体に対する親和性を高くして制御流体の流れを抑制することができる。 According to the microvalve device of the second aspect, since the contact angle of the inner wall of the liquid channel is 30 degrees or less with respect to the liquid flowing through the liquid channel, the affinity of the inner wall surface of theliquid channel 2 with respect to the liquid Can be increased to suppress the flow of the control fluid.

請求項３記載のマイクロバルブ装置によれば、堰とバルブ流路との距離が１００μｍ以下であるので、制御流体をバルブ流路側に十分に押し戻すことができる。 According to the microvalve device of the third aspect, since the distance between the weir and the valve channel is 100 μm or less, the control fluid can be sufficiently pushed back to the valve channel side.

請求項４記載のマイクロバルブ装置によれば、堰により規定された液体流路の空隙の高さは、堰により規定された液体流路の空隙の高さＲ２がＲ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）を満たすので、堰により規定された液体流路においてより大きなラプラス圧を発生させることができ、もって液体流路の上流側からかかる圧力に抗して下流側への制御流体の流れを抑制することができる。 According to the microvalve device of claim 4, the height of the gap of the liquid channel defined by the weir is such that the height R2 of the gap of the liquid channel defined by the weir is R2 <4 · σ · cos θ · Since R1 / (ΔP · R1 + 4 · σ · cos θ) is satisfied, a larger Laplace pressure can be generated in the liquid flow path defined by the weir, and therefore downstream from the pressure applied from the upstream side of the liquid flow path. The flow of the control fluid to the side can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置を図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a microvalve device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置を備えるマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は図１（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線に沿う断面図を示す。 1A and 1B are diagrams schematically showing a configuration of a chip for a microchemical system including a microvalve device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view, and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line Ib-Ib.

図２は、図１におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a liquid channel in the vicinity of the valve channel in FIG.

なお、図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置の近傍のみを示しており、各流路（後述する液体流路２及びバルブ流路３１）は、マイクロ化学システム用チップの基材の上面に対して、実質的に平行となるように形成されている。 1 and 2 show only the vicinity of the microvalve device according to the embodiment of the present invention, and each flow path (aliquid flow path 2 and avalve flow path 31 described later) is for a microchemical system. It is formed so as to be substantially parallel to the upper surface of the chip substrate.

図１及び図２において、マイクロ化学システム用チップ１は、液体流路２を有する基材１０と、基材１０の内部に形成されたマイクロバルブ装置３とを備える。液体流路２の下流側に、液体流路２の断面積を小さくする堰４１が形成されている。 1 and 2, the microchemical system chip 1 includes abase material 10 having aliquid flow path 2 and amicrovalve device 3 formed inside thebase material 10. Aweir 41 that reduces the cross-sectional area of theliquid channel 2 is formed on the downstream side of theliquid channel 2.

基材１０は、液体流路２、堰４１、及び後述するバルブ流路３１が表面に形成されるチャネル部材１２と、チャネル部材１２を覆うカバー部材１１とから成る。ここで、堰４１とバルブ流路３１との距離はＬ（図１）で表され、この距離Ｌは１００μｍ以下である。 Thesubstrate 10 includes aliquid channel 2, aweir 41, achannel member 12 having a valve channel 31 (described later) formed on the surface, and acover member 11 that covers thechannel member 12. Here, the distance between theweir 41 and thevalve channel 31 is represented by L (FIG. 1), and this distance L is 100 μm or less.

基材１０は、親水基を有するガラス、例えば、ソーダライムガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等が好適に用いられ、実質的に均等な厚みを有し、水平に配置されている。 As thebase material 10, a glass having a hydrophilic group, for example, soda lime glass, aluminoborosilicate glass, aluminosilicate glass, alkali-free glass, quartz glass, or the like is preferably used, has a substantially uniform thickness, and is horizontal. Is arranged.

マイクロバルブ装置３は、合流部３２で液体流路２に交差するバルブ流路３１から成るバルブ流路構造と、制御用流体を接続構造５１及び接続孔６を介してバルブ流路３１に供給する流体制御機構５とを有する。制御用流体としては、液体流路２を流れる液体と混ざらず、かつ、反応しない流体（例えば、空気）を用いることが望ましい。また、流体制御機構５としては、ポンプやシリンジなど、流体を注入する機能を有するものを用いることができる。 Themicrovalve device 3 supplies a valve flow path structure including avalve flow path 31 intersecting theliquid flow path 2 at thejunction 32 and a control fluid to thevalve flow path 31 via theconnection structure 51 and theconnection hole 6. And afluid control mechanism 5. As the control fluid, it is desirable to use a fluid (for example, air) that does not mix with the liquid flowing in theliquid flow path 2 and does not react. In addition, as thefluid control mechanism 5, one having a function of injecting fluid, such as a pump or a syringe, can be used.

バルブ流路３１の形状は、断面形状が半円形状のものの他、矩形状等、目的に応じて適宜選択可能である。また、バルブ流路３１と液体流路２の形状は同一形状としてもよいし、異なる形状としてもよい。 The shape of thevalve channel 31 can be appropriately selected according to the purpose, such as a rectangular shape in addition to a semicircular cross-sectional shape. Further, thevalve channel 31 and theliquid channel 2 may have the same shape or different shapes.

さらに、図２において、合流部３２により規定された液体流路２の空隙の高さをＲ１、堰４１により規定された液体流路の空隙の高さをＲ２とする。そして、液体流路２の液体に対する接触角（正確には、制御流体中における液体流路２の液体に対する接触角）をθとし、液体の表面張力をσとする。さらに、液体流路２の上流側からの圧力（通常、大気圧と、シリンジ及びマイクロ化学システム用チップを繋げるチューブによる圧力約３０００Ｐａとの合計）をＰ１、下流側からの圧力（通常、大気圧）をＰ２とするとき、圧力差Ｐ１−Ｐ２（通常、約３０００Ｐａ）をΔＰとする。このとき圧力差ΔＰは、
ΔＰ＝２・σ・ｃｏｓθ・（１／Ｒ２／２−１／Ｒ１／２）＝２・σ・ｃｏｓθ・（２／Ｒ２−２／Ｒ１）＝４・σ・ｃｏｓθ・（１／Ｒ２−１／Ｒ１）で表される。Further, in FIG. 2, the height of the gap of theliquid flow path 2 defined by the mergingportion 32 is R1, and the height of the gap of the liquid flow path defined by theweir 41 is R2. A contact angle of theliquid flow path 2 with respect to the liquid (more precisely, a contact angle of theliquid flow path 2 with respect to the liquid in the control fluid) is set to θ, and a surface tension of the liquid is set to σ. Furthermore, the pressure from the upstream side of the liquid flow path 2 (usually the total of atmospheric pressure and the pressure of about 3000 Pa by the tube connecting the syringe and the microchemical system chip) is P1, and the pressure from the downstream side (usually atmospheric pressure) ) Is P2, the pressure difference P1-P2 (usually about 3000 Pa) is ΔP. At this time, the pressure difference ΔP is
ΔP = 2 · σ · cos θ · (1 / R2 / 2-1 / R1 / 2) = 2 · σ · cos θ · (2 / R2-2 / R1) = 4 · σ · cos θ · (1 / R2-1 / R1).

堰４１により規定された液体流路の空隙の高さＲ２は、圧力差ΔＰを押し返す必要があるので、
Ｒ２＜１／（ΔＰ／（４・σ・ｃｏｓθ）＋１／Ｒ１）
すなわち、
Ｒ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）
となる。Since the height R2 of the gap of the liquid channel defined by theweir 41 needs to push back the pressure difference ΔP,
R2 <1 / (ΔP / (4 · σ · cos θ) + 1 / R1)
That is,
R2 <4 · σ · cos θ · R1 / (ΔP · R1 + 4 · σ · cos θ)
It becomes.

液体が水（表面張力σ＝７６×１０^−３Ｎ／ｍ^２）、制御流体が空気、液体（水）と液体流路２の接触角θが３０度、圧力差ΔＰが３０００Ｐａのとき、Ｒ１＝１００μｍ（１００×１０^−６ｍ）ならばＲ２≦４６．７μｍ、Ｒ１＝５０μｍ（５０×１０^−６ｍ）ならばＲ２≦３１．８μｍとなる。When the liquid is water (surface tension σ = 76 × 10⁻³ N / m² ), the control fluid is air, the contact angle θ between the liquid (water) and theliquid flow path 2 is 30 degrees, and the pressure difference ΔP is 3000 Pa, R1 When R = 100 μm (100 × 10⁻⁶ m), R2 ≦ 46.7 μm, and when R1 = 50 μm (50 × 10⁻⁶ m), R2 ≦ 31.8 μm.

また、液体としてエタノール（表面張力σ＝２４×１０^−３Ｎ／ｍ^２）を用いて、他の条件を同じにした場合は、Ｒ１＝１００μｍ（１００×１０^−６ｍ）ならばＲ２≦２１．６μｍ、Ｒ１＝５０μｍ（５０×１０^−６ｍ）ならばＲ２≦１７．８μｍとなる。Further, when ethanol (surface tension σ = 24 × 10⁻³ N / m² ) is used as the liquid and the other conditions are the same, if R1 = 100 μm (100 × 10⁻⁶ m), R2 ≦ 21 If .6 μm and R1 = 50 μm (50 × 10⁻⁶ m), then R2 ≦ 17.8 μm.

なお、液体流路２における矢印は液体の流れ方向を示し、バルブ流路３１における矢印は制御用流体の流れ方向を示す。 The arrow in theliquid flow path 2 indicates the flow direction of the liquid, and the arrow in thevalve flow path 31 indicates the flow direction of the control fluid.

以下、図１のマイクロ化学システム用チップ１の製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the microchemical system chip 1 of FIG. 1 will be described.

一般的な溝加工方法として、エッチング法、ドリルによる切削法、サンドブラスト法、及びレーザー加工法等があるが、ガラスの溝加工方法としては、フッ酸を主成分とするエッチング液を用いたエッチング法が好適に用いられる。 As a general groove processing method, there are an etching method, a cutting method with a drill, a sand blasting method, a laser processing method, etc., but as a glass groove processing method, an etching method using an etchant mainly containing hydrofluoric acid. Are preferably used.

堰４１の形成法としては、まず、液体流路２における堰４１が形成される部分をマスクしておき、その他の液体流路２の部分をエッチングした後に、堰４１が形成される部分のマスクを剥がして適当量エッチングする二段エッチング法や、レーザー照射で部分的にエッチング速度を早くすることにより段差の付いたエッチングを行う方法等がある。また、液体流路２の深さよりも低い高さの部材をチャネル部材１２又はカバー部材１１に後着けすることにより堰４１を形成してもよい。 As a method for forming theweir 41, first, a portion of theliquid flow path 2 where theweir 41 is formed is masked, and after the otherliquid flow path 2 is etched, a portion of the portion where theweir 41 is formed is masked. There are a two-stage etching method in which an appropriate amount is etched by peeling off, and a method of performing etching with a step by partially increasing the etching rate by laser irradiation. Alternatively, theweir 41 may be formed by retrofitting a member having a height lower than the depth of theliquid flow path 2 to thechannel member 12 or thecover member 11.

また、カバー部材１１の表面には孔開け加工により接続孔６（図４）としての貫通孔を開ける。この孔開け加工には、ドリルによる掘削加工やレーザー加工等を好適に用いることができる。 Further, a through-hole as a connection hole 6 (FIG. 4) is formed on the surface of thecover member 11 by drilling. For the drilling, excavation using a drill, laser processing, or the like can be suitably used.

上述の方法で加工されたチャネル部材１２とカバー部材１１とを貼り合わせ、マイクロバルブ装置３を備えるマイクロ化学システム用チップ１を作製する。 Thechannel member 12 and thecover member 11 processed by the above-described method are bonded together to produce the microchemical system chip 1 including themicrovalve device 3.

以下、マイクロ化学システム用チップ１の制御方法を図３〜１０を用いて説明する。なお、図４〜１０において、斜線部分は液体を表す。 Hereinafter, a method for controlling the microchemical system chip 1 will be described with reference to FIGS. 4 to 10, the hatched portion represents a liquid.

図３は、図１のマイクロ化学システム用チップ１の制御方法を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing a method for controlling the microchemical system chip 1 of FIG.

基本的には、図３のフローチャートに示したフローに従うことによって、液体流路２を流れる液体の遮断及び開放を行うことができる。 Basically, by following the flow shown in the flowchart of FIG. 3, the liquid flowing through theliquid flow path 2 can be blocked and opened.

図３において、まず、バルブ流路３１へ供給される制御流体の供給圧力が一定になるように制御し、図４及び図５に示すように液体供給機構（不図示）により液体流路２へ液体を供給する（ステップＳ１０１）。制御流体の供給圧力は液体流路２へ供給される液体の流れに影響を与えない程度に適宜調整される。なお、図４中の液体流路２における矢印は、液体の流れ方向を示す。 In FIG. 3, first, the supply pressure of the control fluid supplied to thevalve flow path 31 is controlled to be constant, and the liquid supply mechanism (not shown) supplies theliquid flow path 2 as shown in FIGS. Liquid is supplied (step S101). The supply pressure of the control fluid is appropriately adjusted so as not to affect the flow of the liquid supplied to theliquid flow path 2. In addition, the arrow in theliquid flow path 2 in FIG. 4 shows the flow direction of the liquid.

液体流路２に液体が流れている状態（図４及び図５）で、バルブ流路３１に供給される制御流体の圧力を高くすると(図６)、バルブ流路３１における矢印方向(図６)に制御流体が供給され、液体と制御流体との界面６０がバルブ流路３１から液体流路２へ押しやられ（図７）、合流部３２周辺において、液体流路２を流れる液体の圧力とバルブ流路３１から液体流路２に流れ込んだ制御流体の圧力との圧力差により、液体の遮断が開始される。バルブ流路３１への制御流体の供給がさらに進んで制御流体がバルブ流路３１から液体流路２に流れ込むと、図８及び図９に示すように、液体流路２における液体の流れが遮断される（ステップＳ１０２）。 When the pressure of the control fluid supplied to thevalve flow path 31 is increased (FIG. 6) in a state where the liquid flows in the liquid flow path 2 (FIGS. 4 and 5), the direction of the arrow in the valve flow path 31 (FIG. 6). ), Theinterface 60 between the liquid and the control fluid is pushed from thevalve flow path 31 to the liquid flow path 2 (FIG. 7), and the pressure of the liquid flowing through theliquid flow path 2 around thejunction 32 The blocking of the liquid is started by the pressure difference with the pressure of the control fluid flowing into theliquid channel 2 from thevalve channel 31. When the supply of the control fluid to thevalve channel 31 further proceeds and the control fluid flows into theliquid channel 2 from thevalve channel 31, the liquid flow in theliquid channel 2 is interrupted as shown in FIGS. (Step S102).

液体の流れが遮断されたときに、液体の供給が停止されていないと、合流部３２より上流側の液体流路２は加圧されたままであるが、下流側の液体流路２の圧力は０Ｐａに近くなる。従って、液体流路２における合流部３２の上流側及び下流側で液体流路２の深さが同じであれば、上流側の二層界面７１よりも下流側の二層界面７２がより強く液体流路２の下流側に押しやられてしまう。そこで、液体流路２の下流側に堰４１を設けて、合流部３２により規定された液体流路２の空隙の高さをＲ１、堰４１により規定された液体流路２の空隙の高さをＲ２、液体流路２の液体に対する接触角をθ、液体の表面張力をσ、液体流路２の上流側からの圧力をＰ１、液体流路２の下流側からの圧力をＰ２、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差Ｐ１−Ｐ２をΔＰとするとき、堰４１により規定された液体流路２の空隙の高さＲ２がＲ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）を満たすようにコントロールすることにより、液体流路２の深さが浅い（断面積が小さい）下流側部分に、より大きなラプラス圧を発生させて、液体流路２の上流側からの圧力に抗して下流側への制御流体の流れを抑制する。なお、液体流路２の内壁は液体に対する接触角を小さくするほど（３０度以下）、即ち、液体に対する親和性が高いほど、下流側への制御流体の流れを抑制する効果を大きくすることができ、もってエアバルブとしての効果を大きくすることができる。よって、基材１０がガラスの場合は、マイクロ化学システム用チップ１の作製後に液体流路２の内壁に薄いフッ酸等を一度通す等して親水処理をすることが好ましい。 If the supply of the liquid is not stopped when the flow of the liquid is interrupted, theliquid flow path 2 on the upstream side from the mergingportion 32 remains pressurized, but the pressure of theliquid flow path 2 on the downstream side is It approaches 0 Pa. Therefore, if the depth of theliquid flow path 2 is the same on the upstream side and the downstream side of the mergingportion 32 in theliquid flow path 2, the downstream two-layer interface 72 is stronger than the upstream two-layer interface 71. It will be pushed to the downstream side of theflow path 2. Therefore, aweir 41 is provided on the downstream side of theliquid flow path 2, and the height of the gap of theliquid flow path 2 defined by the mergingportion 32 is set to R1 and the height of the gap of theliquid flow path 2 defined by theweir 41. , R2 is the contact angle of theliquid channel 2 with respect to the liquid, σ is the surface tension of the liquid, P1 is the pressure from the upstream side of theliquid channel 2, P2 is the pressure from the downstream side of theliquid channel 2, and P1 When the difference P1-P2 between the pressure P2 and the pressure P2 is ΔP, the height R2 of the gap of theliquid flow path 2 defined by theweir 41 is R2 <4 · σ · cos θ · R1 / (ΔP · R1 + 4 · σ · cos θ ) By controlling so that the depth of theliquid flow path 2 is shallow (the cross-sectional area is small), a larger Laplace pressure is generated, and the pressure from the upstream side of theliquid flow path 2 is controlled. In contrast, the flow of the control fluid to the downstream side is suppressed. The inner wall of theliquid flow path 2 can increase the effect of suppressing the flow of the control fluid to the downstream side as the contact angle to the liquid is reduced (30 degrees or less), that is, the affinity for the liquid is higher. Therefore, the effect as an air valve can be increased. Therefore, when thebase material 10 is glass, it is preferable to perform a hydrophilic treatment by, for example, passing a thin hydrofluoric acid once through the inner wall of theliquid channel 2 after the production of the microchemical system chip 1.

なお、液体流路２の液体の流れが遮断された後は、液体供給機構（不図示）から液体流路２への液体の供給を維持しても良いし、停止しても良い。 In addition, after the flow of the liquid in theliquid flow path 2 is interrupted, the supply of the liquid from the liquid supply mechanism (not shown) to theliquid flow path 2 may be maintained or stopped.

液体供給機構（不図示）から液体流路２への液体の供給を停止せずに維持する場合は、流体制御機構５からバルブ流路３１への制御流体の供給圧力（マイクロバルブ装置３の圧力）を、マイクロバルブ装置３を閉鎖する（ステップＳ１０２）前の圧力に戻すことにより、液体が液体流路２を再び流れるようになる（ステップＳ１０３）。 When maintaining the supply of liquid from the liquid supply mechanism (not shown) to theliquid flow path 2 without stopping, the supply pressure of the control fluid from thefluid control mechanism 5 to the valve flow path 31 (the pressure of themicrovalve device 3). ) To the pressure before closing the microvalve device 3 (step S102), the liquid again flows through the liquid flow path 2 (step S103).

マイクロバルブ装置３により液体流路２における液体の流れが遮断されている状態から、マイクロバルブ装置３の圧力を、マイクロバルブ装置３を閉鎖する前の圧力に戻して、再び液体が液体流路２を流れるまでの過程を図１０から図１３を用いて説明する。 From the state where the liquid flow in theliquid channel 2 is blocked by themicrovalve device 3, the pressure of themicrovalve device 3 is returned to the pressure before closing themicrovalve device 3, and the liquid flows again. The process up to flowing will be described with reference to FIGS.

マイクロバルブ装置３の圧力を、閉鎖前の圧力に戻すと、上流側からの圧力及び表面張力によって液体及び制御流体はバルブ流路３１側に押し戻されるが（図１０及び図１１）、下流側の堰４１とバルブ流路３１との距離が１００μｍより大きいと、制御流体がバルブ流路３１側に十分に押し戻された状態（図１３）にはならず、制御流体の一部が液体流路２に残ってしまう（図１２）。 When the pressure of themicrovalve device 3 is returned to the pressure before closing, the liquid and the control fluid are pushed back to thevalve channel 31 side by the pressure and surface tension from the upstream side (FIGS. 10 and 11). If the distance between theweir 41 and thevalve flow path 31 is larger than 100 μm, the control fluid is not sufficiently pushed back to the valve flow path 31 (FIG. 13), and a part of the control fluid is in theliquid flow path 2. (FIG. 12).

本実施の形態のマイクロバルブ装置３によれば、液体流路２の深さが浅い（断面積が小さい）部分を規定する堰４１が、液体流路２における合流部３２の下流側に設置されるので、合流部３２が規定する液体流路２の部分に比べて、堰４１が規定する液体流路２のラプラス圧が高くなる。よって、液体流路２の上流側からの圧力に抗して制御用流体を堰４１で停止させることができ、もって、液体流路２における合流部３２に存在していた制御用流体をすべてバルブ流路３１側に引き戻すことができ、制御用流体を液体流路２の下流側に流してしまうことはない。 According to themicrovalve device 3 of the present embodiment, theweir 41 that defines the portion where the depth of theliquid flow path 2 is shallow (the cross-sectional area is small) is installed on the downstream side of the mergingportion 32 in theliquid flow path 2. Therefore, the Laplace pressure of theliquid channel 2 defined by theweir 41 is higher than that of theliquid channel 2 defined by the mergingportion 32. Therefore, the control fluid can be stopped by theweir 41 against the pressure from the upstream side of theliquid flow path 2, and all the control fluid existing in the mergingportion 32 in theliquid flow path 2 is valved. It can be pulled back to thechannel 31 side, and the control fluid does not flow downstream of theliquid channel 2.

また、本実施の形態のマイクロバルブ装置３によれば、制御用流体を供給する流体制御機構５以外は、液体流路２と同様に溝構造のみから成るので、上述した特許文献１のように機械的に可動する微細な弁構造体をバルブ流路３内に設ける必要がない。また、本実施の形態のマイクロバルブ装置３によれば、構造が簡単であり、故障しにくく、機械的な摩擦等により劣化することがないので、気密性を維持することができる。 Further, according to themicrovalve device 3 of the present embodiment, except for thefluid control mechanism 5 for supplying the control fluid, theliquid valve 2 is composed of only a groove structure, so There is no need to provide a mechanically movable fine valve structure in thevalve flow path 3. Further, according to themicrovalve device 3 of the present embodiment, the structure is simple, it is difficult to break down, and is not deteriorated by mechanical friction or the like, so that airtightness can be maintained.

本実施の形態では、堰４１が液体流路２における合流部３２の下流側に設置されているが、これに限定されるものではなく、液体流路２を流れる液体にかかる圧力に応じて、液体流路２における合流部３２の上流側に設置してもよく、後述する図１４乃至図１６で示すように、液体流路２における合流部３２の上流側及び下流側の両方に設置してもよい。 In the present embodiment, theweir 41 is installed on the downstream side of the mergingportion 32 in theliquid flow path 2, but is not limited to this, according to the pressure applied to the liquid flowing in theliquid flow path 2, You may install in the upstream of thejunction part 32 in theliquid flow path 2, and as shown in FIG. 14 thru | or FIG. 16 mentioned later, it installs in both the upstream and downstream of thejunction part 32 in theliquid channel 2. Also good.

本実施の形態では、接続孔６が１箇所に設けられているが、これに限定されるものではなく、複数箇所に設けられていてもよい。 In the present embodiment, theconnection hole 6 is provided at one place, but is not limited to this, and may be provided at a plurality of places.

以下に、本発明に係る実施例１乃至４を具体的に説明する。 Examples 1 to 4 according to the present invention will be specifically described below.

本実施例１乃至４では、液体流路２に供給する液体を水とし、バルブ流路３に供給する制御用流体を空気とし、基材１０を水平に配置して、液体流路２及びバルブ流路３を実質的に水平にしている。 In the first to fourth embodiments, the liquid supplied to theliquid flow path 2 is water, the control fluid supplied to thevalve flow path 3 is air, thebase material 10 is horizontally disposed, theliquid flow path 2 and the valve Theflow path 3 is substantially horizontal.

実施例１において、図１及び図２に示す構造のガラス製マイクロ化学システム用チップ１を用いた。液体流路２及びバルブ流路３１を幅１２０μｍ、深さ５０μｍとし、堰４１が規定する液体流路２の深さを２０μｍとした。 In Example 1, the glass microchemical system chip 1 having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was used. Theliquid flow path 2 and thevalve flow path 31 were 120 μm wide and 50 μm deep, and the depth of theliquid flow path 2 defined by theweir 41 was 20 μm.

図３のフローに従って、マイクロバルブ装置３の閉鎖及び開放を行い、液体流路２における水の流れを遮断し、再び開放することを試みた。 According to the flow of FIG. 3, themicrovalve device 3 was closed and opened, the flow of water in theliquid flow path 2 was blocked, and an attempt was made to open it again.

液体流路２へ水を流し続けたところ（ステップＳ１０１）、液体流路２の両端における水圧差は３０００Ｐａであった。 When water was continuously supplied to the liquid channel 2 (step S101), the water pressure difference at both ends of theliquid channel 2 was 3000 Pa.

次いで、シリンジ等の流体制御機構５を用いてバルブ流路３１へ空気を供給したところ、液体流路２における水の流れが遮断された（ステップＳ１０２）。 Next, when air was supplied to thevalve channel 31 using thefluid control mechanism 5 such as a syringe, the flow of water in theliquid channel 2 was interrupted (step S102).

次いで、バルブ流路３１における空気を流体制御機構５側に移動させたところ、液体流路２における水の流れは再開し、遮断前の状態に戻った（ステップＳ１０３）。 Next, when the air in thevalve flow path 31 was moved to thefluid control mechanism 5 side, the flow of water in theliquid flow path 2 resumed and returned to the state before shutting down (step S103).

また、実施例２について図１５及び図１６を用いて説明する。 A second embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16.

実施例２において、液体流路２における合流部３２の上流側及び下流側の両方に堰４２,４１が設置されたガラス製マイクロ化学システム用チップ１を用いた。液体流路２及びバルブ流路３１を幅１２０μｍ、深さ５０μｍとし、堰４２,４１が規定する液体流路２の深さを２０μｍとした。 In Example 2, the glass microchemical system chip 1 in which theweirs 42 and 41 were installed on both the upstream side and the downstream side of the mergingportion 32 in theliquid channel 2 was used. Theliquid channel 2 and thevalve channel 31 were 120 μm wide and 50 μm deep, and the depth of theliquid channel 2 defined by theweirs 42 and 41 was 20 μm.

また、実施例３について図１７を用いて説明する。 Example 3 will be described with reference to FIG.

実施例３において、２つのバルブ流路３１を有するガラス製マイクロ化学システム用チップ１を用いた。液体流路２及びバルブ流路３１を幅２２０μｍ、深さ１００μｍとし、堰４１が規定する液体流路２の深さを３０μｍとした。 In Example 3, a glass microchemical system chip 1 having twovalve channels 31 was used. Theliquid flow path 2 and thevalve flow path 31 have a width of 220 μm and a depth of 100 μm, and the depth of theliquid flow path 2 defined by theweir 41 is 30 μm.

さらに、実施例４について図１８乃至図２０を用いて説明する。 Further, Example 4 will be described with reference to FIGS.

図１８乃至図２０は、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置３を応用した流路切換チップの構成を概略的に示す平面図である。 18 to 20 are plan views schematically showing the configuration of the flow path switching chip to which themicrovalve device 3 according to the embodiment of the present invention is applied.

図１８に示すように、制御流路１３１，１３２，１３３，１３４内の空気圧が低い場合は、液体流路１２１，１２２，１２３，１２４へは空気は流れ込まず、接続孔１６１，１６２から供給された水は液体流路１２５を通って液体流路１２３，１２４に流れ込み、接続孔１６３，１６４に達する。 As shown in FIG. 18, when the air pressure in thecontrol flow paths 131, 132, 133, and 134 is low, air does not flow into theliquid flow paths 121, 122, 123, and 124 and is supplied from the connection holes 161 and 162. The water flows through theliquid channel 125 into theliquid channels 123 and 124 and reaches the connection holes 163 and 164.

また、図１９に示すように、接続孔１７２，１７４における空気圧を上げた場合、空気は液体流路１２２，１２４に流れ込む。この場合であっても、堰１４２，１４４で空気は止まるため、液体流路１２５及び液体流路１２１，１２３へは空気は流れ込まない。また、接続孔１７２から導入された空気によって液体流路１２２内の水の流れは遮断されるため、接続孔１６１から導入した水のみが液体流路１２１から液体流路１２５に流れ込む。さらに、接続孔１７４から導入された空気によって液体流路１２４が遮断されるため、液体流路１２５から流れてきた水は液体流路１２３を通って接続孔１６３に達する。 As shown in FIG. 19, when the air pressure in the connection holes 172 and 174 is increased, the air flows into theliquid flow paths 122 and 124. Even in this case, since air stops at theweirs 142 and 144, air does not flow into theliquid flow path 125 and theliquid flow paths 121 and 123. In addition, since the air introduced from theconnection hole 172 blocks the flow of water in theliquid flow path 122, only the water introduced from theconnection hole 161 flows from theliquid flow path 121 to theliquid flow path 125. Further, since theliquid channel 124 is blocked by the air introduced from theconnection hole 174, the water flowing from theliquid channel 125 reaches theconnection hole 163 through theliquid channel 123.

さらに、図２０に示すように、接続孔１７２，１７３から導入する空気の圧力を接続孔１６１，１６３から導入する水の圧力よりも同等か低めに設定し、接続孔１７１，１７４における空気圧を上げた場合、空気は液体流路１２１，１２４に流れ込む。この場合であっても、堰１４１，１４４で空気は止まるため、液体流路１２５及び液体流路１２２，１２３へは空気は流れ込まない。接続孔１７１から導入された空気によって液体流路１２１内の水の流れは遮断されるため、接続孔１６２から導入した水のみが液体流路１２２から液体流路１２５に流れ込む。さらに、接続孔１７４から導入された空気によって液体流路１２４が遮断されるため、液体流路１２５から流れてきた水は液体流路１２３を通って接続孔１６３に達する。 Further, as shown in FIG. 20, the pressure of air introduced from the connection holes 172 and 173 is set to be equal to or lower than the pressure of water introduced from the connection holes 161 and 163, and the air pressure in the connection holes 171 and 174 is increased. In this case, air flows into theliquid flow paths 121 and 124. Even in this case, since air stops at theweirs 141 and 144, air does not flow into theliquid flow path 125 and theliquid flow paths 122 and 123. Since the flow of water in theliquid channel 121 is blocked by the air introduced from theconnection hole 171, only the water introduced from theconnection hole 162 flows from theliquid channel 122 into theliquid channel 125. Further, since theliquid channel 124 is blocked by the air introduced from theconnection hole 174, the water flowing from theliquid channel 125 reaches theconnection hole 163 through theliquid channel 123.

このように、個々の接続孔にかける圧力を制御することによって、液体導入部分と液体導出部分を任意に選択することができる。 In this way, by controlling the pressure applied to each connection hole, the liquid introduction part and the liquid lead-out part can be arbitrarily selected.

本実施の形態では、液体流路２の下流側に液体流路２の断面積を小さくする堰４１が形成されているが、堰４１の形状は特に限定されるものではなく、液体の流れ方向から見た断面形状が、例えば、図２１（ａ）乃至（ｄ）に示すような形状であってもよく（但し、図２１（ａ）において、長さａは長さｂよりも大きい）、液体の流れ方向と垂直な方向から見た断面形状が、例えば、図２１（ｅ）に示すような形状であってもよい。 In the present embodiment, theweir 41 that reduces the cross-sectional area of theliquid channel 2 is formed on the downstream side of theliquid channel 2, but the shape of theweir 41 is not particularly limited, and the liquid flow direction The cross-sectional shape seen from FIG. 21 may be, for example, the shape shown in FIGS. 21A to 21D (however, in FIG. 21A, the length a is larger than the length b), The cross-sectional shape seen from the direction perpendicular to the liquid flow direction may be, for example, a shape as shown in FIG.

本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置を備えるマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は図１（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線に沿う断面図を示す。It is a figure which shows roughly the structure of the chip | tip for microchemical systems provided with the microvalve apparatus which concerns on embodiment of this invention, (a) shows a top view, (b) shows Ib- in FIG. 1 (a). Sectional drawing which follows an Ib line is shown.図１におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the liquid flow path in the vicinity of the valve flow path in FIG.図１のマイクロ化学システム用チップの制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method of the chip | tip for microchemical systems of FIG.図１における液体流路へ液体が供給されたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration of a chip for a microchemical system in which a liquid is supplied to a liquid channel in FIG. 1.図４におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the liquid flow path in the vicinity of the valve flow path in FIG.図１におけるバルブ流路に供給される制御流体の圧力を高くしたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of a chip for a microchemical system in which the pressure of a control fluid supplied to the valve channel in FIG. 1 is increased.図１におけるバルブ流路から液体流路へ界面が押しやられたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration of a chip for a microchemical system in which an interface is pushed from a valve channel to a liquid channel in FIG. 1.図１における液体流路における液体の流れが遮断されたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration of a chip for a microchemical system in which a liquid flow in the liquid channel in FIG. 1 is blocked.図８におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the liquid flow path in the vicinity of the valve flow path in FIG.図１における液体流路を再び液体が流れる第１過程を説明するためのマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows schematically the structure of the chip | tip for microchemical systems for demonstrating the 1st process in which a liquid flows again through the liquid flow path in FIG.図１における液体流路を再び液体が流れる第２過程を説明するためのマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows schematically the structure of the chip | tip for microchemical systems for demonstrating the 2nd process through which a liquid flows again through the liquid flow path in FIG.図１における液体流路を再び液体が流れる第３過程を説明するためのマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。FIG. 8 is a plan view schematically showing a configuration of a chip for a microchemical system for explaining a third process in which the liquid flows again through the liquid channel in FIG. 1.図１における液体流路を再び液体が流れる第４過程を説明するためのマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。FIG. 8 is a plan view schematically showing a configuration of a microchemical system chip for explaining a fourth process in which the liquid flows again through the liquid flow path in FIG. 1.図１のマイクロ化学システム用チップの変形例の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the modification of the chip | tip for microchemical systems of FIG.図１４における液体流路における液体の流れが遮断されたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。FIG. 15 is a plan view schematically showing a configuration of a microchemical system chip in which a liquid flow in the liquid channel in FIG. 14 is blocked.図１５におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the liquid flow path in the vicinity of the valve flow path in FIG.図１のマイクロ化学システム用チップの他の変形例の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the other modification of the chip | tip for microchemical systems of FIG.本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置を応用した流路切換チップの構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the flow-path switching chip | tip which applied the micro valve apparatus which concerns on embodiment of this invention.図１８の流路切換チップの変形例の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the modification of the flow-path switching chip | tip of FIG.図１８の流路切換チップの他の変形例の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows schematically the structure of the other modification of the flow-path switching chip | tip of FIG.図１における堰の変形例を示す図であり、（ａ）は第１の変形例、（ｂ）は第２の変形例、（ｃ）は第３の変形例、（ｄ）は第４の変形例、（ｅ）は第５の変形例を示す。It is a figure which shows the modification of the weir in FIG. 1, (a) is a 1st modification, (b) is a 2nd modification, (c) is a 3rd modification, (d) is a 4th Modified example, (e) shows a fifth modified example.熱レンズ分光分析システムの構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a configuration of a thermal lens spectroscopic analysis system.

符号の説明Explanation of symbols

１マイクロ化学システム用チップ
２液体流路
３マイクロバルブ装置
５流体制御機構
６接続孔
１０基材
１１カバー部材
１２チャネル部材
３１バルブ流路
３２合流部
４１堰
５１接続構造DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microchemical system chip |tip 2Liquid flow path 3Micro valve apparatus 5Fluid control mechanism 6Connection hole 10Base material 11Cover member 12Channel member 31Valve flow path 32Junction part 41Weir 51 Connection structure

Claims

Translated fromJapanese

制御用流体を供給する流体制御機構と、前記供給された制御用流体が流れるバルブ流路構造とを備え、
前記バルブ流路構造を流れる制御用流体を前記バルブ流路構造に接続された液体流路に供給することによって、前記液体流路を流れる液体を遮断及び開放するマイクロバルブ装置であって、
前記バルブ流路構造は合流部で前記液体流路と交差するバルブ流路から成り、
前記液体流路における前記合流部の上流側及び下流側の少なくとも一方に前記液体流路の断面積を小さくする堰が設置されたことを特徴とするマイクロバルブ装置。A fluid control mechanism for supplying a control fluid; and a valve channel structure through which the supplied control fluid flows,
A microvalve device that shuts off and opens the liquid flowing through the liquid flow path by supplying a control fluid flowing through the valve flow path structure to a liquid flow path connected to the valve flow path structure;
The valve channel structure consists of a valve channel that intersects the liquid channel at the junction,
A microvalve device characterized in that a weir for reducing the cross-sectional area of the liquid flow path is installed on at least one of the upstream side and the downstream side of the junction in the liquid flow path.

前記液体流路の内壁は、接触角が前記液体流路を流れる液体に対して３０度以下であることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ装置。 The microvalve device according to claim 1, wherein the inner wall of the liquid channel has a contact angle of 30 degrees or less with respect to the liquid flowing through the liquid channel.

前記堰と前記バルブ流路との距離が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロバルブ装置。 The microvalve device according to claim 1 or 2, wherein a distance between the weir and the valve channel is 100 µm or less.

前記合流部により規定された液体流路の空隙の高さをＲ１、前記堰により規定された液体流路の空隙の高さをＲ２、前記液体流路の前記液体に対する接触角をθ、前記液体の表面張力をσ、前記液体流路の上流側からの圧力をＰ１、前記液体流路の下流側からの圧力をＰ２、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差Ｐ１−Ｐ２をΔＰとするとき、前記堰により規定された液体流路の空隙の高さＲ２が下記式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置、
Ｒ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）。The height of the gap of the liquid channel defined by the junction is R1, the height of the gap of the liquid channel defined by the weir is R2, the contact angle of the liquid channel with respect to the liquid is θ, and the liquid When the surface tension of σ is σ, the pressure from the upstream side of the liquid flow path is P1, the pressure from the downstream side of the liquid flow path is P2, and the difference P1-P2 between the pressure P1 and the pressure P2 is ΔP, The microvalve device according to any one of claims 1 to 3, wherein the height R2 of the gap of the liquid channel defined by the weir satisfies the following formula:
R2 <4 · σ · cos θ · R1 / (ΔP · R1 + 4 · σ · cos θ).

請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置を備えたことを特徴とするマイクロ化学チップ。 A microchemical chip comprising the microvalve device according to any one of claims 1 to 4.

請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置を備えたことを特徴とするマイクロ化学システム。 A microchemical system comprising the microvalve device according to any one of claims 1 to 4.